“超級”水凝膠：軟硬兼具，還能自我修復
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-03-14 09:40:52
緊扣的莫比烏斯環(huán)形狀的水凝膠。圖片來源：MARGOT LEPETIT 本報訊 人類皮膚傷口通常能在24小時內自愈，這種神奇能力一直是科學家們努力模仿的目標。如今，芬蘭阿爾托大學和德國拜羅伊特大學的研究團隊成功開發(fā)出一種新型水凝膠，它不僅兼具高硬度與柔韌性，還能像皮膚一樣實現(xiàn)自愈。近日，相關研究成果發(fā)表于《自然-材料》。 凝膠在我們的生活中無處不在，從發(fā)膠到食品中的膠質成分，都能看到它的身影。人類皮膚除具備凝膠般的柔軟特性，還擁有難以復制的剛性和自愈能力。此前，人工合成的水凝膠要么具備高硬度，要么能實現(xiàn)自愈，但兩者不可兼得。 研究團隊突破了這一瓶頸，打造出兼具強度、柔韌性與自愈能力的水凝膠，為藥物傳遞、傷口愈合、軟體機器人傳感器和人造皮膚等領域帶來了新的可能性。 這一創(chuàng)新的關鍵在于向水凝膠中加入了特殊的超大超薄黏土納米片。這些納米片在水凝膠內部形成高度有序的排列，使得聚合物分子在其間形成緊密纏結，從而大幅提升材料的機械性能，并賦予其自愈能力。“這個過程就像烘焙一樣簡單。”在阿爾托大學從事博士后研究工作的梁晨（音譯）介紹。他將單體粉末與含有納米片的水混合后，置于紫外燈下照射，紫外線輻射促使單個分子彼此結合，最終形成一種彈性固體——水凝膠。 研究發(fā)現(xiàn)，這種水凝膠在受損后4小時內可恢復80%~90%的結構，24小時后通常能夠完全恢復。此外，一毫米厚的水凝膠中包含多達10000層納米片，使其在剛度、拉伸性和柔韌性方面均與人類皮膚相當。 “開發(fā)高強度且具備自愈能力的水凝膠一直是材料科學領域的一大挑戰(zhàn)，而我們的研究找到了增強傳統(tǒng)軟水凝膠的新機制，這或許會徹底改變仿生材料的研發(fā)。”該研究負責人、阿爾托大學研究員張航表示。 阿爾托大學教授Olli Ikkala總結道：“這項研究展示了生物材料如何啟發(fā)我們設計合成材料，賦予其全新的性能組合。想象一下，未來的機器人將擁有堅固且自我修復的‘皮膚’，或者人工合成的組織能像生物體一樣自我修復。” （宋書扉 馮麗妃) 相關論文信息： https://doi.org/10.1038/s41563-025-02146-5 《中國科學報》 (2025-03-12 第3版 領域)
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